ปฏิสสารไม่ตก การทดลองของ CERN เผย – โลกฟิสิกส์

ปฏิสสารไม่ตก การทดลองของ CERN เผย – โลกฟิสิกส์

ประทับเวลา: 27 กันยายน 2023 11:30 น.

บาร์เรลเรืองแสง
กำลังลงไป: เครื่องเรืองแสงวาบของ ALPHA-g กำลังประกอบอยู่ที่ CERN (เอื้อเฟื้อโดย: เซิร์น)

ปฏิสสารไม่ "ตกลง" แต่ตอบสนองต่อแรงดึงดูดของโลกในลักษณะเดียวกับสสารปกติ นั่นคือข้อสรุปของนักฟิสิกส์ที่ทำงานเกี่ยวกับ อัลฟ่า-g การทดลองที่ CERN ซึ่งทำการสังเกตการณ์อะตอมปฏิสสารที่ตกลงอย่างอิสระเป็นครั้งแรกเป็นครั้งแรก

การทดลองช่วยแยกแยะแนวคิดที่ว่าการตอบสนองต่อแรงโน้มถ่วงที่แตกต่างกันมีส่วนรับผิดชอบต่อข้อเท็จจริงที่ว่ามีสสารมากกว่าปฏิสสารในจักรวาลที่มองเห็นได้ อย่างไรก็ตาม การตรวจวัดยังคงเปิดโอกาสที่ยั่วเย้าแต่ไม่น่าเป็นไปได้ที่ปฏิสสารและสสารจะมีปฏิกิริยาต่อแรงโน้มถ่วงแตกต่างออกไปเล็กน้อย

ปฏิสสารถูกทำนายครั้งแรกในปี 1928 และสี่ปีต่อมา อนุภาคปฏิสสารตัวแรก - แอนติอิเล็กตรอนหรือโพซิตรอน - ถูกพบในห้องปฏิบัติการ อนุภาคปฏิสสารดูเหมือนจะเหมือนกันกับสสารคู่กัน แต่มีประจุ ความเท่าเทียมกัน และเวลากลับกัน จนถึงตอนนี้ การศึกษาเกี่ยวกับปฏิอนุภาคแนะนำว่าพวกมันมีมวลเท่ากันและพวกมันตอบสนองต่อแรงโน้มถ่วงในลักษณะเดียวกัน

ถูกเนรเทศไปจากสายตา

ความคล้ายคลึงกันนี้ชี้ให้เห็นว่าปฏิสสารควรถูกสร้างขึ้นในปริมาณเดียวกันกับสสารในช่วงบิกแบง สิ่งนี้บินไปเผชิญหน้ากับสิ่งที่เรารู้เกี่ยวกับจักรวาลที่มองเห็นได้ ซึ่งดูเหมือนจะมีสสารมากกว่าปฏิสสารมาก ด้วยเหตุนี้ นักฟิสิกส์จึงค้นหาวิธีที่ละเอียดอ่อนที่ทำให้ปฏิสสารแตกต่างจากสสาร เพราะการค้นพบความแตกต่างดังกล่าวสามารถช่วยอธิบายได้ว่าทำไมสสารจึงมีอิทธิพลเหนือปฏิสสาร

การวัดผลกระทบของแรงโน้มถ่วงต่อปฏิสสารโดยอ้อมแสดงให้เห็นว่าสสารและปฏิสสารทั้งคู่ตอบสนองต่อแรงโน้มถ่วงในลักษณะเดียวกัน อย่างไรก็ตาม ความยากลำบากในการทำงานกับปฏิสสารทำให้ไม่สามารถสังเกตการณ์ปฏิสสารที่ตกลงอย่างอิสระภายใต้แรงโน้มถ่วงของโลกโดยตรงได้

แม้ว่าปฏิสสารสามารถสร้างได้ในห้องปฏิบัติการ แต่มันจะทำลายล้างเมื่อสัมผัสกับสสารในอุปกรณ์ทดลอง จึงต้องระมัดระวังอย่างมากในการสะสมปฏิสสารให้มากพอที่จะทำการทดลองได้ ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา ทีมงาน ALPHA ของ CERN ได้ทำการดักจับปฏิสสารด้วยแม่เหล็กภายใต้สุญญากาศสูงได้อย่างสมบูรณ์แบบ เพื่อลดการทำลายล้างให้เหลือน้อยที่สุด ตอนนี้ พวกเขาได้สร้างกับดักภายในห้องสุญญากาศทรงกระบอกสูงที่เรียกว่า ALPHA-g ซึ่งช่วยให้พวกเขาสามารถสังเกตได้ว่าปฏิสสารตกลงหรือขึ้นด้านบน

การทดลองของพวกเขาเกี่ยวข้องกับการเติมอะตอมแอนติไฮโดรเจนเข้าไปในห้อง ซึ่งแต่ละอะตอมประกอบด้วยแอนติโปรตอนและโพซิตรอน โพซิตรอนจะถูกรวบรวมจากแหล่งกัมมันตภาพรังสี และแอนติโปรตอนถูกสร้างขึ้นโดยการยิงโปรตอนไปที่เป้าหมายที่เป็นของแข็ง ปฏิอนุภาคทั้งสองชนิดจะถูกชะลอความเร็วลงอย่างระมัดระวัง จากนั้นจึงนำมารวมกันเพื่อสร้างแอนติไฮโดรเจน

หนีกับดัก

การทดลอง ALPHA-g เริ่มต้นด้วยการที่แอนติไฮโดรเจนถูกกักขังอยู่ในใจกลางของกระบอกสูบด้วยสนามแม่เหล็ก จากนั้นเขตดักจับจะถูกหมุนลง เพื่อให้แอนตีอะตอมเริ่มหลุดออกจากกับดัก ผู้หลบหนีเหล่านี้โจมตีผนังห้อง ซึ่งการทำลายล้างทำให้เกิดแสงวาบขึ้นภายในเครื่องตรวจจับประกายไฟ ทีมงานสังเกตเห็นการทำลายล้างประมาณ 80% ใต้จุดศูนย์กลางของกับดัก ซึ่งบ่งชี้ว่าแอนติอะตอมจะตกอยู่ภายใต้แรงโน้มถ่วงเมื่อปล่อยออกจากกับดัก สิ่งนี้ได้รับการยืนยันโดยทำการทดลองซ้ำมากกว่าสิบครั้ง ทีมงานไม่ได้สังเกตเห็นแอนติอะตอมเคลื่อนตัวลงด้านล่าง 100% เนื่องจากการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอนุภาคส่งบางส่วนขึ้นไปและทำลายล้างก่อนที่พวกมันจะถอยกลับอีกครั้ง - โฆษก ALPHA-g อธิบาย เจฟฟรีย์ แฮงสท์ซึ่งอยู่ที่มหาวิทยาลัย Aarhus ของเดนมาร์ก แฮงค์บอกแล้ว โลกฟิสิกส์ ว่าการทดลองสม่ำเสมอคือแอนติไฮโดรเจนตกลงมา

อย่างไรก็ตาม ALPHA-g พบว่าแอนติอะตอมมีความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลกซึ่งมีค่าประมาณ 0.75 ของความเร่งจากสสารปกติ แม้ว่าการวัดนี้จะมีนัยสำคัญทางสถิติต่ำ แต่ก็มีความหวังอันน่ายั่วยวนว่าในไม่ช้านักฟิสิกส์จะค้นพบความแตกต่างระหว่างสสารและปฏิสสารที่อาจชี้ไปสู่ฟิสิกส์ใหม่นอกเหนือจากแบบจำลองมาตรฐาน

เกรแฮม ชอร์ ของมหาวิทยาลัยสวอนซีแห่งสหราชอาณาจักรกล่าว โลกฟิสิกส์ ว่าผล ALPHA-g ไม่ควรตีความว่าเป็นหลักฐานว่าปฏิสสารตอบสนองแตกต่างไปจากสสารในสนามโน้มถ่วงของโลก

“การวัด [ความคลาดเคลื่อน] ใดๆ เป็นเรื่องที่ไม่คาดคิดอย่างมาก และอาจบ่งบอกถึงแรงโน้มถ่วงชนิดใหม่ อาจจะเป็นกราวิโฟตอน แต่ก็ยากที่จะเห็นว่าสิ่งนี้ยังคงถูกซ่อนไว้จากการทดลองแรงโน้มถ่วงที่แม่นยำในสสารได้อย่างไร” ชอร์อธิบาย ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับการทดลอง ALPHA-g

อย่างไรก็ตาม เราจะต้องรอข้อมูลเพิ่มเติมจากการทดลอง เนื่องจาก ALPHA-g ได้ถูกรื้อออกแล้ว และการทดลองทางสเปกโทรสโกปีได้เข้ามาแทนที่ที่ CERN Hangst และเพื่อนร่วมงานของเขากำลังแก้ไขข้อบกพร่องด้านการออกแบบที่ทราบกันดีในแม่เหล็กใน ALPHA-g และหาวิธีที่จะทำให้อะตอมของแอนติไฮโดรเจนเย็นลงด้วยเลเซอร์เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของการทดลอง

งานวิจัยได้อธิบายไว้ใน ธรรมชาติ.

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์